[發明專利]鐵從鋁或鎂合金熔體的磁性分離

有效

• 申請號: 201210534209.7
• 申請日: 2012-12-12
• 公開（公告）號: CN103160694A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: G.宋;J.F.赫布斯特;A.K.塞奇德夫
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: C22B9/00
• 分類號: C22B9/00;B03C1/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 薛峰;楊楷

技術領域

本發明涉及精煉非鐵金屬或合金（例如鋁或鎂合金）的方法。更具體地說，本發明涉及將磁場梯度施加到一定量的熔融非鐵金屬和從熔融金屬去除分離相鐵雜質的方法。

背景技術

合金（包括堿金屬和一種或多種其他金屬或非金屬）被制備以改變堿金屬的機械或化學性質。例如，合金可以被執行以誘發硬度、韌性、延展性、耐腐蝕性，或其他預期的屬性到堿金屬中。在實踐中，合金按配方制造并且用于產生鑄造或鍛造金屬部件，其具有對應于它們的最終用途的某些期望性質。鋁（Al）和鎂（Mg）合金常常用來制造鑄造或鍛造汽車部件，例如砂鑄發動機缸體，因為這些非鐵合金（與鑄鐵或鋼相比）相對地重量輕和耐腐蝕。

不過，在這些合金成分中雜質的存在會顯著地影響合金部件的機械和化學性質。例如，元素鐵在用于汽車工業的鋁合金部件中被認為是雜質，因為在高濃度下鐵減小了合金部件的延展性和抗張強度。在鎂合金中，鐵也被認為是雜質，因為鐵使合金部件更容易腐蝕。不過，高純金屬（例如鋁和鎂）不是容易得到的。因此，這些金屬和它們的合金元素會需要在下游鑄造或成型工藝之前被精煉或純化。

從鋁或鎂合金去除鐵雜質的一種方法是通過加熱合金以形成熔體，然后使富鐵金屬間顆粒（也稱為“污泥”）從熔體沉淀。在此方法中，富鐵金屬間顆粒相通過添加某些金屬元素（例如錳、鉻或鋅）到熔體而在熔體內形成。熔體然后被冷卻以開始含鐵金屬間顆粒從富鐵相的成核和結晶。含鐵顆粒從熔體沉淀然后被去除，例如通過重力分離或過濾。

不過，添加到每個熔體的錳，鉻，或鋅的量對于污泥的形成是關鍵的，但是難以控制。另外，從鋁或鎂的熔體的分離沉淀的顆粒的方法是效率低的，并且在沉淀工藝期間添加的保留在熔體中的任何金屬會不利地影響鑄造合金部件的機械和化學性質。因此需要一種更有效的方法來從鋁或鎂合金有效地去除鐵。

發明內容

本發明提供了一種有效且高效的方法來從大量熔融非鐵金屬或合金去除鐵雜質，例如從大量熔融鋁或鎂合金去除鐵雜質。靜態磁場在熔融含鐵非鐵金屬體積或熔體的預定區域內產生。靜態磁場是梯度場并且被應用于熔體，以便引起朝向預定位置的熔體內的含鐵物質的運動。靜態磁場梯度應用于熔體一定時間量以在熔體內形成富鐵區域，其能夠物理地與熔體其余的鐵耗盡區域分離。

此純化方法不需要熔體成分改變以形成大的含鐵沉淀，該大的含鐵沉淀必須具有足夠的密度以從熔體沉淀或者必須具有足夠的直徑以從熔體過濾。此外，通過控制應用的磁場的強度和梯度，含鐵物質從非鐵金屬分離的速率能夠被控制。在從熔體的富鐵部分物理分離以后，鐵耗盡部分然后能夠被鑄造成成形的制造制品或鑄造成用于進一步加工的半成品。這樣的物品將比原始熔體具有低得多的鐵含量。

在一個實施例中，含鐵非鐵金屬通過在合適的容器中加熱非鐵金屬或合金以形成熔體而被制備用于精煉。非鐵金屬或合金適當地被加熱到一定溫度，在此溫度非鐵金屬基本上作為液體存在并且金屬內的鐵雜質以區分的液體或固體含鐵相存在。例如，鐵雜質可以是熔體內懸浮的鐵顆粒或含鐵顆粒的形式，其不會自然地落到熔體底部或容易地從其中沉淀。雖然非鐵金屬主要地為液體形式，不包括鐵的固體顆粒也可以在熔體內懸浮。

此后，磁場梯度應用于熔體并用于在熔體的預定區域中限制含鐵相。在應用的磁場存在的條件下，熔體中的含鐵相將經歷與應用場的方向上的磁場梯度成正比的力。同時，含鐵相將經歷阻止它們運動經過熔體的力，稱為粘性阻力。相應地，如果應用的磁場的梯度是足夠強的，含鐵相將從較小的磁場梯度區域運動經過熔體到較大的磁場梯度區域。

磁場梯度在一定時間量在熔體的預定區域中適當地產生，以把含鐵相限制在金屬熔體體積內的預定區域。此后，熔體的富鐵體積能夠物理地與熔體的純化體積分離，例如通過從熔體去除富鐵體積，反之亦然。如本領域中將毫無疑問地已知的，熔體的任何部分能夠通過各種方法從其中去除。例如，如果熔體被保持在坩堝爐內，一部分熔體可以通過澆包、澆注、開孔或通過泵或虹吸管的使用從其中去除。富鐵區域和鐵耗盡區域之間的物理屏障在去除過程期間可以被放置在熔體內。此外，磁場可以按需要維持以在分離和去除過程期間在熔體的一個區域中保持相對小體積的含鐵相。

非鐵金屬可以在容器中加熱，該容器可適用于熔融和/或鑄造非鐵金屬和合金。容器可以是不顯著影響應用的磁場的大小或方向的材料。或者，容器可以由可扭曲磁場的材料形成，例如如果容器由鐵制成的話。在第一種情況，磁場發生器可以靠近容器和熔體放置，但是在容器和熔體之外。在第二種情況，磁場發生器可以位于容器內并且可能與熔體直接接觸，以便容器將不干涉分離或去除過程。